Kvantu skaitļi ķīmijā ir skaitļu kopas, kas raksturo elektrona orbītu un kustību atomā. Ja visu elektronu kvantu skaitļus dotajā atomā saskaita kopā, tiem jāatbilst Šrēdingera vienādojums .

Kvantu skaitļi ir skaitļu kopa, ko izmanto, lai aprakstītu elektrona stāvokli un enerģiju atomā. Ir četri kvantu skaitļu veidi: galvenais, azimutālais, magnētiskais un spin. Kvantu skaitļi atspoguļo kvantu sistēmas saglabāto daudzumu vērtības.

Šajā rakstā sīkāk uzzināsim par visiem kvantu skaitļiem.

Satura rādītājs

• Kas ir kvantu skaitļi?
• Kvantu skaitļu veidi
• Kvantu skaitļu nozīme
• Atomu orbitāle
• Citi likumi, kas saistīti ar elektronu novietojumu un ceļu

Kas ir kvantu skaitļi?

Kvantu skaitļi ir nemainīgu vērtību kopa kvantu pieejā. Kvantu skaitļi vai Elektroniskie kvantu skaitļi aprakstiet elektronu ar skaitliskām vērtībām, kas nodrošina risinājumus Šrēdingera viļņu vienādojumam ūdeņraža atomiem, šie skaitļi var noteikt elektrona pozīciju, enerģiju un orientāciju atomā, izmantojot skaitļu kopu.

masīva c virkne

Saskaņā ar Pauli izslēgšanas princips , diviem elektroniem atomā nedrīkst būt vienāda kvantu skaitļu kopa. Katra kvantu skaitļa raksturošanai tiek izmantota pusvesela vai vesela skaitļa vērtība. Galvenais, azimutālais un magnētiskais kvantu skaitļi ir attiecīgi saistīti ar atoma izmēru, formu un orientāciju.

Var izmantot četrus kvantu skaitļus, lai pilnībā aprakstītu visas noteiktā elektrona īpašības atomā; šie ir:

1. Galvenais kvantu skaitlis
2. Orbitālā leņķiskā impulsa kvantu skaitlis (vai azimutālā kvantu skaitlis).
3. Magnētiskais kvantu skaitlis
4. Elektronu griešanās kvantu skaitlis

Kvantu skaitļu veidi

Lai pilnībā aprakstītu visas elektrona īpašības atomā, tiek izmantoti četri kvantu skaitļi. Šie kvantu skaitļi ir:

• Galvenais kvantu skaitlis (n)
• Azimutālais kvantu skaitlis (l)
• Magnētiskais kvantu skaitlis (m_l)
• Elektronu griešanās kvantu skaitlis (-i)

Galvenais kvantu skaitlis (n)

Simbols “n” apzīmē galvenos kvantu skaitļus. Tie apzīmē atoma primāro elektronu apvalku. Tā kā tas apraksta visticamāko attālumu starp kodolu un elektroniem, lielāka galvenā kvantu skaitļa vērtība nozīmē lielāku attālumu starp elektronu un kodolu (kas, savukārt, nozīmē lielāku atoma izmēru).

• Galvenā kvantu skaitļa vērtība var būt jebkurš vesels skaitlis ar pozitīvu vērtību, kas vienāda ar vienu vai lielāka par to. Vērtība n=1 apzīmē atoma visdziļāko elektronu apvalku, kas atbilst elektrona zemākajam enerģijas stāvoklim (vai pamatstāvoklim).
• Rezultātā galvenajam kvantu skaitlim n nevar būt negatīva vērtība vai tas nevar būt vienāds ar nulli, jo atomam nevar būt negatīva vērtība vai nav galvenās čaulas vērtības.
• Kad elektrons tiek ievadīts ar enerģiju (ierosināts stāvoklis), elektrons pāriet no viena galvenā apvalka uz augstāku apvalku, izraisot n vērtības palielināšanos.
• Tāpat, kad elektroni zaudē enerģiju, tie atgriežas zemākajos apvalkos, samazinot n vērtību. Absorbcija attiecas uz n vērtības pieaugumu elektronam, uzsverot fotonus vai elektrona absorbēto enerģiju.
• Līdzīgi n vērtības samazināšanos elektronam sauc par emisiju, un tieši šeit elektroni izstaro savu enerģiju.

Azimutālais kvantu skaitlis (l) — orbitālā leņķiskā momenta kvantu skaitlis

Azimutālais kvantu skaitlis (vai orbītas leņķiskais impulss) raksturo orbitāles formu. To apzīmē ar burtu “l”, un tā vērtība ir vienāda ar kopējo leņķisko mezglu skaitu orbitālē.

• Azimutālā kvantu skaitļa vērtība var apzīmēt vai nu s, p, d vai f apakščaulas, kuru formas atšķiras.
• Šo vērtību nosaka (un to ierobežo) galvenā kvantu skaitļa vērtība, t.i., azimutālais kvantu skaitlis ir robežās no 0 līdz (n-1).
• Piemēram, ja n = 3, azimutālajam kvantu skaitlim var būt trīs vērtības: 0, 1 un 2.
• Ja l ir iestatīta uz nulli, iegūtais apakščaula ir “s” apakščaula.
• Ja l=1 un l=2, iegūtie apakščaulas ir attiecīgi (attiecīgi) “p” un “d” apakščaulas.
• Rezultātā, ja n=3, trīs apakščaulas, kas var pastāvēt, ir 3s, 3p un 3d. Citā gadījumā, kur n = 5, l iespējamās vērtības ir 0, 1, 2, 3 un 4. Ja l = 3, atoms satur trīs leņķiskos mezglus.

Magnētiskais kvantu skaitlis (m_l)

Magnētiskais kvantu skaitlis nosaka kopējo orbitāļu skaitu apakščaulā, kā arī to orientāciju. To apzīmē ar simbolu “m_l.’ Šis skaitlis apzīmē orbitāles leņķiskā impulsa projekciju pa noteiktu asi.

• Magnētisko kvantu skaitli nosaka azimutālais (vai orbītas leņķiskā impulsa) kvantu skaitlis.
• Dotai l vērtībai m vērtība_lir no -l līdz +l. Rezultātā tas ir netieši atkarīgs no n vērtības.
• Piemēram, ja atomā n = 4 un l = 3, magnētiskais kvantu skaitlis var būt -3, -2, -1, 0, +1, +2 un +3. Kopējo orbitāļu skaitu noteiktā apakšapvalkā nosaka orbitāles “l” vērtība.
• To aprēķina, izmantojot formulu (2l + 1). Piemēram, 3d apakščaulai (n=3, l=2) ir 5 orbitāles (2*2 + 1). Katrā orbitālē var būt divi elektroni. Rezultātā 3D apakšapvalks kopumā var uzņemt 10 elektronus.

Elektronu griešanās kvantu skaitlis (-i)

Elektronu griešanās kvantu skaitlis nav atkarīgs no n, l un m_lvērtības. Šī skaitļa vērtība, kas apzīmēta ar simbolu m_s, norāda virzienu, kurā elektrons griežas.

• M_svērtība norāda virzienu, kurā elektrons griežas. Elektronu griešanās kvantu skaitlim var būt vērtības no +1/2 līdz -1/2.
• Pozitīva m vērtība_sapzīmē elektrona griešanos uz augšu, ko sauc arī par griešanos augšup.
• Ja m_sir negatīvs, attiecīgais elektrons griežas uz leju vai griežas uz leju.
• Elektronu spina kvantu skaitļa vērtība nosaka, vai attiecīgais atoms var radīt magnētisko lauku. Vērtība m_svar vispārināt līdz ±½.

Kvantu skaitļu nozīme

Kvantu skaitļi ir nozīmīgi, jo tos var izmantot, lai novērtētu atoma elektronu konfigurāciju un to, kur tā elektroni, visticamāk, atrodas. Atomu atomu rādiusu un jonizācijas enerģiju, starp citām īpašībām, nosaka arī kvantu skaitļi.

Katram kvantu skaitlim ir sava nozīme, kas aprakstīta šajā tabulā:

Atomu orbitāle

Kā zināms, elektroni uzvedas kā viļņi un elektrona atrašanās vietu atoma iekšienē var viegli definēt ar kvantu mehānikas viļņu teorijas palīdzību, atrisinot Šrēdingera viļņa vienādojumu atoma konkrētajā enerģijas līmenī.

Šīs viļņu funkcijas, kas nosaka elektrona pozīciju atomā, sauc par atomu orbitālēm. Šīs orbitāles ir vietas, kurās ir vislielākā varbūtība atrast elektronu. Atomā ir četru veidu orbitāles

kā noņemt norādi uz c

• s – orbitālā
• p – orbitālā
• d – orbitāle
• f – orbitālā

Atomu orbitāles tiek definētas arī kā fiziskā telpa atoma iekšienē, kur elektrona atrašanas iespējamība ir visaugstākā.

Lasīt vairāk:

• Elementu elektroniskā konfigurācija
• Orbitāļu piepildīšana atomā
• Atomu orbitāļu formas

Citi likumi, kas saistīti ar elektronu novietojumu un ceļu

Trīs citi ķīmijas noteikumi un principi palīdz mums izprast elektronu stāvokli, ceļu, orbītas un enerģijas līmeņus atomā. Tie ir apspriesti turpmākajās apakšnodaļās:

Struktūras princips

Aufbau princips, ko sauc arī par Aufbau likumu, saka, ka elektroni vispirms nonāk zemākas enerģijas atomu orbitālēs pirms augstākas enerģijas. Aufbau vācu valodā nozīmē celtniecība.

NCERT struktūras principa definīcija

Atomu pamatstāvoklī orbitāles ir piepildītas to pieaugošās enerģijas secībā.

The Konstrukcijas princips palīdz mums noskaidrot, kā elektroni izkārtojas atomos vai jonos. Piemēram, 1. apakščaula tiek aizpildīta pirms 2. apakščaulas.

Lūk, secība, kādā elektroni aizpilda orbitāles: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p un tā tālāk. Šis pildījuma modelis attiecas uz katru atomu.

Priekš piemērs , izmantojot Aufbau principu, sēra elektroniskā konfigurācija ir rakstīts kā [S] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.

Hunda maksimālās daudzveidības noteikums

Hunda noteikums saka, ka katra apakšlīmeņa orbitāle iegūst vienu elektronu, pirms kāda no tām iegūst otru. Un visiem elektroniem šajās vienai aizņemtajās orbitālēs ir vienāds spins.

NCERT Hunda likuma definīcija

Elektronu savienošana pārī orbitālēs, kas pieder vienai apakščaulai (p, d vai f), nenotiek, kamēr katrai šai apakščaulai piederošajai orbitālei ir pa vienam elektronam, t.i., tā ir aizņemta atsevišķi.

Hunda noteikums, ko sauc arī par maksimālās daudzveidības likumu, var radīt atomus ar vairākiem nepāra elektroniem. Šie nepāra elektroni var griezties dažādos virzienos, radot magnētiskos momentus dažādos virzienos.

Hunda noteikums attiecas uz noteiktām molekulām, kurām ir nepāra elektroni.

Pauli izslēgšanas princips

Pauli izslēgšanas princips saka, ka divas identiskas daļiņas ar pusvesela skaitļa griešanos sistēmā nevar atrasties vienā kvantu stāvoklī.

NCERT Pauli izslēgšanas principa definīcija

Diviem elektroniem atomā nevar būt vienāda četru kvantu skaitļu kopa.

VAI

Vienā orbitālē var eksistēt tikai divi elektroni, un šiem elektroniem jābūt ar pretēju spinu.

Ķīmijā, Pauli izslēgšanas princips stāsta mums, ka vienā atomā diviem elektroniem nevar būt vienādi visi četri to kvantu skaitļi. Tas nozīmē, ka ne vairāk kā divi elektroni var aizņemt vienu orbitāli, un tiem jābūt pretējiem spiniem.

Pauli izslēgšanas princips nosaka ierobežojumus tam, cik elektronu var atrasties čaulā vai apakšapvalkā.

Atrisināti jautājumi par kvantu skaitļiem

1. jautājums: atrodiet visus četrus rubīdija pēdējā elektrona kvantu skaitļus.

Risinājums:

Rubidija atomskaitlis Z = 37.

Rubidija elektroniskā konfigurācija,

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶5s¹

Pēdējā čaulas elektrona valence ir 5s¹

iegūstiet masīva garumu c

Tāpēc

Galvenais kvantu skaitlis, n = 5,

Azimutālais kvantu skaitlis, l = 0,

Magnētiskais kvantu skaitlis, m_l= 0,

Griezes kvantu skaitlis, s = +1/2

2. jautājums: norādiet iespējamās magnētiskā kvantu skaitļa vērtības, ja l = 2.

Risinājums:

Ņemot vērā to, ka azimutālais kvantu skaitlis, l = 2

Mēs to zinām,

m_l= – l līdz + l

Tāpēc

m_l= -2 līdz +2

t.i.

m₂= -2, -1, 0, +1, +2

3. jautājums: atrodiet visus četrus nātrija pēdējā elektrona kvantu skaitļus.

Risinājums:

Nātrija atomskaitlis ir Z = 11.

Rubidija elektroniskā konfigurācija,

1s²2s²2p⁶3s¹

Valences apvalka pēdējais elektrons ir 3s¹

Tāpēc

Galvenais kvantu skaitlis, n = 3,

Azimutālais kvantu skaitlis, l = 0,

Magnētiskais kvantu skaitlis, m_l= 0,

0,2 kā daļa

Griezes kvantu skaitlis, s = +1/2

4. jautājums: norādiet iespējamās magnētiskā kvantu skaitļa vērtības, ja l = 3.

Risinājums:

Ņemot vērā to, azimutālais kvantu skaitlis, l = 3

Mēs to zinām,

ja l = 3,

m_l= – 3 līdz + 3

t.i.

m = -3 , -2, -1, 0, +1, +2 +3

Kvantu skaitļu MCQ prakses problēmas

Lai uzzinātu vairāk par kvantu skaitļu praksi MCQ par kvantitatīviem skaitļiem

Bieži uzdotie jautājumi par kvantu skaitļiem

Definējiet kvantu skaitļus.

Skaitļu kopu, ko izmanto, lai definētu elektronu skaita pozīciju un enerģiju atomā, sauc par kvantu skaitļiem.

Cik daudz kvantu skaitļu ir?

Četri kvantu skaitļi ir:

• Galvenais kvantu skaitlis (n)
• Azimutālais kvantu skaitlis (l)
• Magnētiskais kvantu skaitlis (m_l)
• Elektronu griešanās kvantu skaitlis (-i)

Kurš kvantu skaitlis nosaka orbitāles formu?

Azimutālais kvantu skaitlis (l), ko sauc arī par leņķisko kvantu skaitli, nosaka orbitāles formu.

Kurš kvantu skaitlis nosaka orbitāles orientāciju?

Magnētiskais kvantu skaitlis (m_l) izmanto, lai attēlotu orbitāles orientāciju trīsdimensiju telpā.

Cik kvantu skaitļi ir nepieciešami, lai norādītu orbitāli?

Lai norādītu atoma orbitāli, ir nepieciešami trīs kvantu skaitļi, kas ir:

• Galvenais kvantu skaitlis (n)
• Azimutālais kvantu skaitlis (l)
• Magnētiskais kvantu skaitlis (m_l)

Kurš kvantu skaitlis nosaka elektrona enerģiju?

Elektrona enerģiju var viegli noteikt, izmantojot elektrona galveno kvantu skaitu (n) un azimutālo kvantu skaitu (l).

Kas ir kvantu enerģija?

Kvantu daļiņu (t.i. ļoti ļoti mazu daļiņu) enerģiju sauc par kvantu enerģiju. Viens veids, kā izmērīt kvantu enerģiju, ir izmantot fotonu, kas ir mazākā vienība gaismas enerģijas un citu elektromagnētisko viļņu enerģijas mērīšanai.

Kas ir elektrona spins?

Elektronu spins ir elektronu kvantu īpašība. Tā ir forma ar leņķisko impulsu. Kā mācību paņēmienu instruktori salīdzina elektronu spinu ar planētu, kas griežas ap savu asi ik ​​pēc 24 stundām. Sagriešanās notiek, kad elektrons griežas pulksteņrādītāja virzienā ap savu asi; griešanās uz leju notiek, kad elektrons griežas pretēji pulksteņrādītāja virzienam.

Kāds ir būvniecības princips?

Konstrukcijas princips ir jēdziens ķīmijā, kas izskaidro, kā elektroni aizpilda atomu orbitāles atomā. Saskaņā ar šo principu elektroni aizņem zemākās enerģijas orbitāles, kas pieejamas, pirms pāriet uz augstākas enerģijas orbitālēm.

Kas ir Hunda noteikumu 11. klase?

Hunda noteikums, kas bieži tiek apspriests 11. klases ķīmijā, nosaka, ka elektroni pirms savienošanās pārī atsevišķi aizņems viena un tā paša enerģijas līmeņa (apakščaulas) orbitāles. Turklāt elektroniem atsevišķi aizņemtās orbitālēs būs paralēli spini.

Kas ir SPDF pilna forma?

SPDF apzīmē četrus apakšlīmeņus vai orbitāles atomā: s, p, d un f. Šie burti apzīmē dažādas atomu orbitāļu formas un orientācijas, kurās, iespējams, atrodas elektroni.

• S: Asi
• J: Galvenais
• D: difūzs
• F: fundamentāls

Kāpēc kvantu sauc par kvantu?

Termins kvants cēlies no latīņu vārda, kas nozīmē cik daudz vai daudzums . Fizikā tas attiecas uz diskrētām un nedalāmām vienībām, kurās saskaņā ar kvantu teoriju tiek kvantēti noteikti fiziskie lielumi, piemēram, enerģija un impulss. Šīs diskrētās vienības ir būtiskas, lai izprastu daļiņu uzvedību atomu un subatomu līmenī. Tāpēc kvantu fizikas joma ir nosaukta pēc kvantizācijas jēdziena.